水下爆炸对重力坝动态响应的离心模型试验及数值模拟研究
发布时间：2021-10-21 06:58
随着我国航道和港口的修整和建造渐渐由浅海向深海发展,重大水利工程创造了显著的政治经济效益,而大坝是国家常见的重要基础设施,肩负着发电、防洪、防汛等重要使命,所以大坝的安全防护问题值得探讨。因为大坝的重要性,很容易成为战争和恐怖袭击的对象,而近代使用炸药进行水下爆破的规模和起爆药量也在逐步加大。水下爆破对船舶,码头、大坝等水工建筑的影响已经成为急需解决的问题,水下爆炸威力影响因素较为复杂,水深、炸药当量、炸药形状、近远场以及气泡脉动等均会影响水下爆炸效果。因此,研究水下爆炸造成水工建筑的动力响应和防范措施显得尤为重要且十分迫切。本文以ABAQUS为计算工具采用数值模拟方法并结合离心机试验,对蓄水位变化以及冲击因子变化对坝体动力响应以及毁伤效果产生的影响展开研究,主要研究工作和成果如下:1)采用离心机试验对大坝进行研究,本文设计了一组离心机试验,通过转动离心机达到缩尺效应,并通过坝体上的应变片,速度以及加速度传感器得到坝体的动态响应数据,分析了典型工况下的坝体动力响应,以及蓄水位变化对坝体响应的影响;为之后验证数值模拟模型可靠性提供了数据基础;明确混凝土结构在水下爆炸计算时的计算基础,其中...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１研究路线图??考虑试验能力，作为研究对象的原型重力坝，坝高２７．５?ｍ，坝顶部宽２．５ｍ，底部??
浙江大学硕士学位论文?研宄方法及思路??位对能量产生的影响，考虑冲击因子对坝体动力响应的影响以及利用冲击因子对坝体毁??伤进行评估。??利用试验结杲进行辅助分析??＿…＿＿乙??图２－１研究路线图??考虑试验能力，作为研究对象的原型重力坝，坝高２７．５?ｍ，坝顶部宽２．５ｍ，底部??宽１８．７５?ｍ，坝体上游面垂直，下游坝坡为１：０．７５，模型下部坝基高５ｍ（如图２－２所示）。??坝段之间分缝，每个坝段宽度为１２ｍ，选择３个段坝进行试验。坝体和坝基均为混凝土??材料，强度约１５?ＭＰａ。有哏元模型中，水与坝面接触面为流固接触面５ＶＳ；水位上表面??为自由液面５ＶＰ；水体底部为天然沉积物，为无反射边界５Ｖｒ，水体各个侧面均无为哏水??域，同样为无反射边界??ｐｏ????了???￣１１??／?Ｉ?＼??Ｉ?，＼?ｉ??１??水?＼?＾??＼?＂沲凝丨＼??＼?＾?＾?＾?＼??．、、一?．?＜?＾￣￣ｆ－??－?二?＾?＾??Ｌ—？＝±?２?］?????Ｍｍ?＞??图２－２研究对象??９??
浙江大学硕士学位论文?研宄方法及思路??２．３水下爆炸离心试验??２．３．１离心机设备及原理介绍??水下爆炸试验于中国水利水电科学研究院ＬＸＪ－４－４５０大型土工离心机内进行（图２－??３）。离心试验机主要结构包括配重吊篮、转台、转臂及拖动装置等。该离心机设计最大??加速度３００?ｇ（ｇ是重力加速度），转动半径５．０３?ｍ，有效负载１．５?ｔ，有效荷载容量４５０??ｇ－ｔ，试验吊篮尺寸１．５?ｍＸ?１．０?ｍＸ?１．５?ｍ，可连续运行４８?ｈ，电机功率７００?ｋＷ。电滑环??１４个；信号滑环１００个；液压旋转接头２个，可通油、通水、通气。该离心机已为多??个大型工程提供了试验研究手段。??５＾一一－??．ｇｉ?ｇ１１??編??图２－３水科院ＬＸＪ－４－４５０离心机??利用离心机带动离心机箱中的模型箱快速转动产生离心力，以惯性力模拟结构的重??力场环境。图２－４为离心机运转时的示意图，随着设备运行，吊篮逐渐稳定，离心机速??度《越大，吊篮轴线与竖直方向的夹角／？越大，即趋于水平。当达到规定的转速后，并??使得离心机的转动速度不变，即保持匀速圆周运动。这时，除了地面恒定的重力加速度??外，模型还将受到额外水平向离心加速度＜ｙ２ＯＭ造成的惯性力，ＯＭ为旋转半径。离心??机转速很快时，最终离心力可以达到重力的几十倍，这时地球重力可以忽略，认为模型??处于与原型相似的重力场环境。图２－４?（ｂ）给出了模型与原型所处的应力状态，三角形??区域即为模型的竖向自重应力分布，可以看出，模型内部任意一点的应力均与原型对应??位置相同。本文的水下爆炸试验就是以相似理论为基础，实现小当量炸药模拟大当量炸??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石类材料动态强度准则[J]. 胡晶,姚仰平,张雪东,魏迎奇,张紫涛,陈祖煜. 岩土工程学报. 2020(03)
[2]水下爆炸冲击波数值仿真研究[J]. 胡亮亮,黄瑞源,李世超,秦健,王金相,荣光. 高压物理学报. 2020(01)
[3]水下爆炸问题的数值模拟及离心机试验验证[J]. 刘世聪,王秋生,娄浩然. 中国测试. 2019(12)
[4]多次水下爆炸作用下钢板动态响应数值模拟[J]. 张斐,张春辉,张磊,王志军,周春桂. 中国舰船研究. 2019(06)
[5]水下爆炸近场峰值压力的数值模拟[J]. 宫翔飞,刘文韬,张树道,杨基明. 爆炸与冲击. 2019(04)
[6]水下爆炸边界效应的研究进展[J]. 张洪,吴红波,夏曼曼,朱可可. 煤矿爆破. 2018(05)
[7]考虑球面波效应的水下爆炸冲击因子[J]. 胡晶,陈祖煜,魏迎奇,张雪东,梁建辉,张紫涛. 水利学报. 2018(10)
[8]Underwater explosion in centrifuge part Ⅰ:Validation and calibration of scaling laws[J]. HU Jing,CHEN ZuYu,ZHANG XueDong,WEI YingQi,LIANG XiangQian,LIANG JianHui,MA GuoWei,WANG QiuSheng,LONG Yuan. Science China（Technological Sciences）. 2017(11)
[9]重力坝水下接触爆炸的数值分析[J]. 徐强,曹阳,陈健云. 工程力学. 2017(06)
[10]超重力场下球形炸药水下爆炸实验及数值模拟[J]. 娄浩然,胡晶,梁向前,张雪东,陈祖煜,王秋生. 工程爆破. 2017(03)
硕士论文
[1]水下爆炸作用下结构响应数值分析[D]. 徐永刚.大连理工大学 2010
本文编号：3448474
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１研究路线图??考虑试验能力，作为研究对象的原型重力坝，坝高２７．５?ｍ，坝顶部宽２．５ｍ，底部??
浙江大学硕士学位论文?研宄方法及思路??位对能量产生的影响，考虑冲击因子对坝体动力响应的影响以及利用冲击因子对坝体毁??伤进行评估。??利用试验结杲进行辅助分析??＿…＿＿乙??图２－１研究路线图??考虑试验能力，作为研究对象的原型重力坝，坝高２７．５?ｍ，坝顶部宽２．５ｍ，底部??宽１８．７５?ｍ，坝体上游面垂直，下游坝坡为１：０．７５，模型下部坝基高５ｍ（如图２－２所示）。??坝段之间分缝，每个坝段宽度为１２ｍ，选择３个段坝进行试验。坝体和坝基均为混凝土??材料，强度约１５?ＭＰａ。有哏元模型中，水与坝面接触面为流固接触面５ＶＳ；水位上表面??为自由液面５ＶＰ；水体底部为天然沉积物，为无反射边界５Ｖｒ，水体各个侧面均无为哏水??域，同样为无反射边界??ｐｏ????了???￣１１??／?Ｉ?＼??Ｉ?，＼?ｉ??１??水?＼?＾??＼?＂沲凝丨＼??＼?＾?＾?＾?＼??．、、一?．?＜?＾￣￣ｆ－??－?二?＾?＾??Ｌ—？＝±?２?］?????Ｍｍ?＞??图２－２研究对象??９??
浙江大学硕士学位论文?研宄方法及思路??２．３水下爆炸离心试验??２．３．１离心机设备及原理介绍??水下爆炸试验于中国水利水电科学研究院ＬＸＪ－４－４５０大型土工离心机内进行（图２－??３）。离心试验机主要结构包括配重吊篮、转台、转臂及拖动装置等。该离心机设计最大??加速度３００?ｇ（ｇ是重力加速度），转动半径５．０３?ｍ，有效负载１．５?ｔ，有效荷载容量４５０??ｇ－ｔ，试验吊篮尺寸１．５?ｍＸ?１．０?ｍＸ?１．５?ｍ，可连续运行４８?ｈ，电机功率７００?ｋＷ。电滑环??１４个；信号滑环１００个；液压旋转接头２个，可通油、通水、通气。该离心机已为多??个大型工程提供了试验研究手段。??５＾一一－??．ｇｉ?ｇ１１??編??图２－３水科院ＬＸＪ－４－４５０离心机??利用离心机带动离心机箱中的模型箱快速转动产生离心力，以惯性力模拟结构的重??力场环境。图２－４为离心机运转时的示意图，随着设备运行，吊篮逐渐稳定，离心机速??度《越大，吊篮轴线与竖直方向的夹角／？越大，即趋于水平。当达到规定的转速后，并??使得离心机的转动速度不变，即保持匀速圆周运动。这时，除了地面恒定的重力加速度??外，模型还将受到额外水平向离心加速度＜ｙ２ＯＭ造成的惯性力，ＯＭ为旋转半径。离心??机转速很快时，最终离心力可以达到重力的几十倍，这时地球重力可以忽略，认为模型??处于与原型相似的重力场环境。图２－４?（ｂ）给出了模型与原型所处的应力状态，三角形??区域即为模型的竖向自重应力分布，可以看出，模型内部任意一点的应力均与原型对应??位置相同。本文的水下爆炸试验就是以相似理论为基础，实现小当量炸药模拟大当量炸??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石类材料动态强度准则[J]. 胡晶,姚仰平,张雪东,魏迎奇,张紫涛,陈祖煜. 岩土工程学报. 2020(03)
[2]水下爆炸冲击波数值仿真研究[J]. 胡亮亮,黄瑞源,李世超,秦健,王金相,荣光. 高压物理学报. 2020(01)
[3]水下爆炸问题的数值模拟及离心机试验验证[J]. 刘世聪,王秋生,娄浩然. 中国测试. 2019(12)
[4]多次水下爆炸作用下钢板动态响应数值模拟[J]. 张斐,张春辉,张磊,王志军,周春桂. 中国舰船研究. 2019(06)
[5]水下爆炸近场峰值压力的数值模拟[J]. 宫翔飞,刘文韬,张树道,杨基明. 爆炸与冲击. 2019(04)
[6]水下爆炸边界效应的研究进展[J]. 张洪,吴红波,夏曼曼,朱可可. 煤矿爆破. 2018(05)
[7]考虑球面波效应的水下爆炸冲击因子[J]. 胡晶,陈祖煜,魏迎奇,张雪东,梁建辉,张紫涛. 水利学报. 2018(10)
[8]Underwater explosion in centrifuge part Ⅰ:Validation and calibration of scaling laws[J]. HU Jing,CHEN ZuYu,ZHANG XueDong,WEI YingQi,LIANG XiangQian,LIANG JianHui,MA GuoWei,WANG QiuSheng,LONG Yuan. Science China（Technological Sciences）. 2017(11)
[9]重力坝水下接触爆炸的数值分析[J]. 徐强,曹阳,陈健云. 工程力学. 2017(06)
[10]超重力场下球形炸药水下爆炸实验及数值模拟[J]. 娄浩然,胡晶,梁向前,张雪东,陈祖煜,王秋生. 工程爆破. 2017(03)
硕士论文
[1]水下爆炸作用下结构响应数值分析[D]. 徐永刚.大连理工大学 2010
本文编号：3448474
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